JP6080505B2 - 像振れ補正装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置の振れに起因する像振れを補正する技術に関するものである。

従来、像振れ補正機能は、装置の振れを検出して、この振れに起因する画像振れを補正するように移動可能な像振れ補正部材（像振れ補正レンズ及びその保持部材）を、振れ量をキャンセルする方向に動かして行われる。

一方、従来より、いわゆる画素ずらし技術を用いた撮像装置がすでに提案されている。この技術では、結像光学系により形成された被写体像と、この被写体像を光電変換する撮像素子との相対位置を微小変化させながら複数回の撮影を行って複数組の画像信号を得、この複数組の画像信号を所定の方法で合成することにより高精細な画像を得る。この画素ずらしの先行技術文献としては、例えば以下のものが知られている。

特許文献１では、撮像光学系前方の可変頂角プリズムを像振れ信号と画素ずらし信号に基づいて駆動し、撮像素子上の光学像を平行偏心させて、像振れ補正による画像ぶれの解消と画素ずらしによる画像の高精細化を同時に達成している。また、撮像光学系の焦点距離が所定値以上の時は画素ずらし制御を禁止する旨の開示がなされている。

また、特許文献２では、撮像条件として絞り値および露光秒時の組み合わせを決定する露出制御条件設定手段の設定状態に応じて、画素ずらしを行う回数を変更するなどの動作を変更する旨の開示がなされている。

特開平７−２８７２６８号公報 特開平１０−１９１１３５号公報

特許文献１及び特許文献２に記載される方法は、ある特定の理想的な条件下では、画素ずらしに対する像振れ補正部材の駆動精度が高く、効果を発揮する。この特定の理想的な条件とは、撮像装置が大きく振られ大きな加速度外乱が加わっていない、像振れ補正部材の駆動において静止摩擦などの影響が極めて小さく画素ずらし指令に対して像振れ補正部材の追従精度が高いなどの条件である。

しかし実際には、像振れ補正部材の駆動部には静止摩擦が多少なりとも存在する。そして、画素ずらしのための指令位置は、撮像素子の１画素単位或いは０．５画素単位と非常に微小な量の駆動となるため、摩擦の影響を受けやすく、正確な距離だけ画素ずらしを行うことが困難である。また、この問題を解決するためには、画素ずらしの駆動に対応できるように、摩擦の影響などが極めて小さく、駆動精度の高い、像振れ補正部材のメカ駆動特性を実現する必要があり、コストが高くなってしまうなどの問題がある。

また画素ずらしのために像振れ補正部材に対してステップ状の指令信号を指令すると、像振れ補正部材の追従位置はオーバーシュート或いは、位置偏差を持って追従する可能性がある。このような場合、画素ずらしの目標位置（１画素或いは半画素など）に到達するまで遅れが発生し、露光処理が遅れてしまうなどの問題が生じる。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、像振れ補正部材を用いて画素ずらしを行う場合に、露光処理の遅れを招くことなく、精度よく画素ずらしを行えるようにすることである。

本発明に係わる像振れ補正装置は、撮像装置に搭載される像振れ補正装置であって、光軸と異なる方向に移動して撮像面上の像の位置を変更可能な補正部材を撮像素子の画素ピッチよりも大きい振幅の正弦波状の第１の波形により画素ずらし駆動する制御手段と、前記撮像素子の露光を制御する露光制御手段と、を備え、前記制御手段は、像振れ補正のために前記補正部材を正弦波状の波形により像振れ補正駆動する第２の波形に対して前記第１の波形を加算し、前記露光制御手段は、前記補正部材の位置を検出する位置検出手段によって検出された前記補正部材の位置が前記画素ピッチ分移動した時に、前記露光を行い、前記制御手段は、露光時間が短い場合に比べて、露光時間が長い場合の方が前記第１の波形の正弦波の周波数を低くすることを特徴とする。

本発明によれば、像振れ補正部材を用いて画素ずらしを行う場合に、露光処理の遅れを招くことなく、精度よく画素ずらしを行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係わる撮像装置の機能構成例を示すブロック図である。 図１における像振れ補正駆動部の構成例を示すブロック図である。 一実施形態における像振れ補正機構の構成例を示す分解斜視図である。 一実施形態における像振れ補正制御部の内部構成を示すブロック図である。 一実施形態における画素ずらし手順を示すフローチャートである。 一実施形態における画素ずらし手順を示すフローチャートである。 一実施形態における画素ずらし手順を示すフローチャートである。 一実施形態における画素ずらしのための駆動指令を示す図である。 一実施形態における画素ずらしのための駆動指令を示す図である。 一実施形態における画素ずらしのための駆動指令を示す図である。 一実施形態における画素ずらしのための駆動指令を示す図である。 一実施形態における画素ずらしのための駆動指令を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の機能構成例を示すブロック図である。本実施形態において撮像装置はデジタルスチルカメラであるが、動画撮影機能を有していてもよい。なお、本発明の実施形態において、「画素ずらし」とは、被写体像を光電変換する撮像素子との相対位置を微小変化させながら複数回の撮影を行って複数組の画像信号を得、この複数組の画像信号を所定の方法で合成することにより高精細な画像を得ることとする。特に、被写体像を光電変換する撮像素子との相対位置を微小変化させながら複数回の撮影を行うための像振れ補正部材（像振れ補正レンズなど）の制御方法とする。

ズームユニット１０１は、結像光学系を構成する、倍率が可変な撮影レンズの一部であり、撮影レンズの倍率を変更するズームレンズを含んでいる。ズーム駆動部１０２は、制御部１１９の制御に従ってズームユニット１０１を駆動する。像振れ補正部材としての像振れ補正レンズ１０３は、撮影レンズの光軸に直交する方向に移動可能に構成されている。像振れ補正レンズ駆動部１０４は、像振れ補正レンズ１０３の駆動を制御する。

絞り・シャッタユニット１０５は、絞り機能を有するメカニカルシャッタである。絞り・シャッタ駆動部１０６は、制御部１１９の制御に従って絞り・シャッタユニット１０５を駆動する。フォーカスレンズ１０７は撮影レンズの一部であり、撮影レンズの光軸に沿って位置を変更可能に構成される。フォーカス駆動部１０８は、制御部１１９の制御に従ってフォーカスレンズ１０７を駆動する。

撮像部１０９は、撮影レンズにより結像される光学像を、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの撮像素子を用いて画素単位の電気信号に変換する。撮像信号処理部１１０は、撮像部１０９から出力された電気信号に対して、Ａ／Ｄ変換、相関二重サンプリング、ガンマ補正、ホワイトバランス補正、色補間処理等を行い、映像信号に変換する。映像信号処理部１１１は、撮像信号処理部１１０から出力された映像信号を、用途に応じて加工する。具体的には、映像信号処理部１１１は、表示用の映像を生成したり、記録用に符号化処理やデータファイル化を行ったりする。

表示部１１２は、映像信号処理部１１１が出力する表示用の映像信号に基づいて、必要に応じて画像表示を行う。電源部１１５は、撮像装置全体に、用途に応じて電源を供給する。外部入出力端子部１１６は、外部装置との間で通信信号及び映像信号を入出力する。操作部１１７は撮像装置にユーザが指示を与えるためのボタンやスイッチなどを有する。記憶部１１８は、映像情報など様々なデータを記憶する。制御部１１９は例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、ＲＯＭに記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵで実行することによって撮像装置の各部を制御し、以下に説明する様々な動作を含む撮像装置の動作を実現する。

操作部１１７には、押し込み量に応じて第１スイッチ（ＳＷ１）および第２スイッチ（ＳＷ２）が順にオンするように構成されたレリーズボタンが含まれる。レリーズボタンが約半分押し込まれたときにレリーズスイッチＳＷ１がオンし、レリーズボタンが最後まで押し込まれたときにレリーズスイッチＳＷ２がオンする。

レリーズスイッチＳＷ１がオンすると、制御部１１９が例えば映像信号処理部１１１が表示部１１２に出力する表示用の映像信号に基づくＡＦ評価値に基づいてフォーカス駆動部１０８を制御することにより自動焦点検出を行う。また、制御部１１９は映像信号の輝度情報と例えば予め定められたプログラム線図に基づいて適切な露光量を得るための絞り値及びシャッタスピードを決定するＡＥ処理を行う。レリーズスイッチＳＷ２がオンされると、制御部１１９は決定した絞り及びシャッタ速度で撮影を行い、撮像部１０９で得られた画像データを記憶部１１８に記憶するように各部を制御する。

操作部１１７には、像振れ補正モードを選択可能にする選択スイッチが含まれる。選択スイッチにより像振れ補正モードが選択されると、制御部１１９が像振れ補正レンズ駆動部１０４に像振れ補正動作を指示し、これを受けた像振れ補正レンズ駆動部１０４が像振れ補正オフの指示がなされるまで像振れ補正動作を行う。また、操作部１１７には、静止画撮影モードと動画撮影モードとのうちの一方を選択可能な撮時モード選択スイッチが含まれており、それぞれの撮影モードにおいて像振れ補正レンズ駆動部１０４の動作条件を変更することができる。

また、操作部１１７には撮像素子の撮像面上で画素ずらしを行うか否かを設定する画素ずらし設定スイッチが含まれ、設定が画素ずらし設定部２１１（図２参照）に通知される。また、操作部１１７には再生モードを選択するための再生モード選択スイッチも含まれており、再生モード時には像振れ補正動作を停止する。

操作部１１７には、またズーム倍率変更の指示を行う倍率変更スイッチが含まれる。倍率変更スイッチによりズーム倍率変更の指示があると、制御部１１９を介して指示を受けたズーム駆動部１０２がズームユニット１０１を駆動して、指示されたズーム位置にズームユニット１０１を移動させる。

（像振れ補正レンズ駆動部１０４の構成）
図２は、像振れ補正レンズ駆動部１０４の機能構成例を示すブロック図である。

第１振動検出センサ２０１は、例えば角速度センサであり、通常姿勢（画像の長さ方向が水平方向とほぼ一致する姿勢）における、撮像装置の垂直方向（ピッチ方向）の振動を検出する。第２振動検出センサ２０２は例えば角速度センサであり、通常姿勢における撮像装置の水平方向（ヨー方向）の振動を検出する。即ち、第１振動検出センサ２０１と第２振動検出センサ２０２はそれぞれ光軸に直交するとともに互いに直交する方向の振れを検出する。第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４はそれぞれピッチ方向、ヨー方向における像振れ補正レンズの補正位置制御信号を出力し、像振れ補正レンズの駆動を制御する。

第１レンズ位置制御部２０５は、第１像振れ補正制御部２０３からのピッチ方向での補正位置制御信号と、第１ホール素子２０９からの像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向での位置情報とから、フィードバック制御によって第１ドライブ部２０７を駆動する。同様に、第２レンズ位置制御部２０６は、第２像振れ補正制御部２０４からのヨー方向での補正位置制御信号と、第２ホール素子２１０からの像振れ補正レンズのヨー方向での位置情報とから、フィードバック制御によって第２ドライブ部２０８を駆動する。

また画素ずらし設定部２１１は、撮影者により操作部１１７で画素ずらしを行う設定が行われるとき、或いは第１振動検出センサ２０１、第２振動検出センサ２０２により撮像装置に振動が加わっていない（例えば三脚置き時など）と判断した時に、画素ずらし制御部２１２に画素ずらし駆動を指令する。画素ずらし制御部２１２は、制御部１１９を介して得られた撮影条件に応じて像振れ補正レンズ１０３への画素ずらしのための駆動指令を生成して、第１像振れ補正制御部２０３及び第２像振れ補正制御部２０４へ指令を送る。 また、露光タイミング決定部２１３は第１、第２ホール素子２０９，２１０から得られる像振れ補正レンズ位置情報に基づき、露光のタイミング信号を生成し、撮像部１０９へ通知する。

なお、ドライブ部の駆動方向としては必ずしもピッチ、ヨー方向のみとは限らない。たとえばピッチ、ヨー方向の振れを検出するのに対して補正軸方向が所定角度（たとえば４５度）傾いていてもよい。また、アクチュエータを３つ以上有していても、ピッチ、ヨー方向の振れに対応するように補正量演算すれば良い。また、撮影光学系の光路が折れ曲がっている場合は、必ずしも振れ検出方向と補正軸方向は一致しないため、光路の折れ曲がり前後での対応が取れるようにする。

（像振れ補正駆動部１０４の動作）
次に、図２に示す像振れ補正駆動部１０４による像振れ補正レンズ１０３の駆動制御動作について説明する。

第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４には、第１及び第２振動センサ２０１，２０２から、撮像装置のピッチ方向、ヨー方向の振れを表す振れ信号（角速度信号）が供給される。第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４はこの振れ信号に基づいて、ピッチ方向及びヨー方向に像振れ補正レンズ１０３を駆動する補正位置制御信号をそれぞれ生成し、第１及び第２レンズ位置制御部２０５，２０６に出力する。

第１及び第２ホール素子２０９，２１０（位置検出部）は、像振れ補正レンズ１０３に設けられた磁石による磁場の強さに応じた電圧を有する信号を、像振れ補正レンズ１０３のピッチ方向及びヨー方向における位置情報として出力する。位置情報は第１及び第２レンズ位置制御部２０５，２０６及び露光タイミング決定部２１３に供給される。第１及び第２レンズ位置制御部２０５，２０６は、第１及び第２ホール素子２０９，２１０からの信号値が、第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４からの補正位置制御信号値に収束するよう、第１及び第２ドライブ部２０７，２０８を駆動しながらフィードバック制御する。

なお、第１及び第２ホール素子２０９，２１０から出力される位置信号値にはばらつきがあるため、所定の補正位置制御信号に対して像振れ補正レンズ１０３が所定の位置に移動するように、第１及び第２ホール素子２０９，２１０の出力調整を行う。また、第１及び第２ホール素子２０９，２１０から出力される位置信号値は露光タイミング決定部２１３に供給され、画素ずらしのための複数回露光のタイミングが生成されて撮像部１０９へ通知される。

第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４は、第１及び第２振動センサ２０１，２０２からの振れ情報に基づき、画像振れを打ち消すように像振れ補正レンズ１０３の位置を移動させる補正位置制御信号をそれぞれ出力する。例えば、第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４は、振れ情報（角速度信号）にフィルタ処理等を行うことにより補正位置制御信号を生成することができる。以上の動作により、撮影時に像振れ等の振動が撮像装置に存在しても、ある程度の振動までは画像振れを防止できる。また、第１及び第２像振れ補正制御部２０３，２０４は、第１及び第２振動センサ２０１，２０２からの振れ情報と、第１及び第２ホール素子２０９，２１０の出力に基づいて、撮像装置のパンニング状態を検出し、パンニング制御を行う。

さらに画素ずらし設定部２１１は撮影者により操作部１１７によって画素ずらし設定がなされた時、あるいは第１、第２振動センサ２０１、２０２の出力が所定値よりも小さく撮像装置が振れていない時（例えば三脚置き時）に自動で画素ずらしモードに設定する。そして、画素ずらし制御部２１２へ画素ずらしモードを指示する。画素ずらし制御部２１２は、制御部１１９を介して得られた撮影条件に応じて、画素ずらしのための像振れ補正レンズ駆動指令信号を生成し、第１、第２像振れ補正制御部２０３、２０４へ通知する。

（像振れ補正機構）
図３は、像振れ補正レンズ１０３、像振れ補正駆動部１０４、絞り・シャッタユニット１０５、絞り・シャッタ駆動部１０６に相当する像振れ補正機構の具体的構成例を示す分解斜視図である。

ベース部材３０１は像振れ補正機構の基台であり、絞り・シャッタユニット１０５及びＮＤフィルタ機構もベース部材３０１に固定される。ベース部材３０１には一体的に２つのフォロワピン３０２及び不図示の可動フォロワピンが設けられ、ベース部材３０１の径方向外側にある不図示のカム筒の３本のカム溝にこれら３つのフォロワピンが嵌合し、カム溝に沿って光軸方向に進退するように構成される。像振れ補正レンズ１０３はホルダ３１６に不図示のカシメ爪によって保持されている。

レンズカバー３０３は像振れ補正レンズ１０３を通過する光束を制限する開口部を備える。また、側面に伸びた３カ所の腕部３０４それぞれに開口３０５が設けられており、ホルダ３１６の側面３カ所に設けられた突起３１５と嵌合することによりホルダに一体的に保持される。ホルダには前述した磁石３１２，３１３が一体的に保持されている。

ホルダ３１６は３つのボール３０７を介してベース部材３０１に圧接されており、ボール３０７が転がることにより光軸に垂直な面内の任意方向に移動可能である。ボール３０７でホルダ３１６を保持する構成は、ガイドバーでホルダをガイドする構成より微小な振幅で、かつ高周期の振動を実現できるため、高画素数の撮像素子を有する撮像装置においても良好な補正を行うことが可能になる。

スラストスプリング３１４は一端がホルダ３１６の突起３１５に係合し、他端がベース部材３０１の不図示の突起に係合して伸ばされた状態で保持され、ホルダ３１６をベース部材３０１に向かって付勢している。ラジアルスプリング３１７，３１８はホルダ３１６の回転を防ぐ。

樹脂製のボビン３１０，３１１の先端には金属製のピンが一体的に構成されており、コイル３０８，３０９の端部が絡げられている。フレキシブル基板（ＦＰＣ）３２４は、そのランド３２５がボビン３１０，３１１のピンと半田付けなどにより電気的に接続され、コイル３０８，３０９に電力を供給する回路を形成している。

また第１及び第２ホール素子２０９，２１０は磁石３１２，３１３の近傍に配置され、磁石３１２，３１３による磁界を検出する。第１及び第２ホール素子２０９，２１０はＦＰＣ３２４に実装され、ＦＰＣ３２４を通じて電力が供給されている。

ＦＰＣ３２７は絞り・シャッタユニット１０５及びＮＤフィルタ駆動部に電力を供給する回路を形成する。ＦＰＣ３２４，３２７は、突起３２１によってホルダ３２０に固定される。

（像振れ補正制御部の構成）
図４は、第１像振れ補正制御部２０３の内部構成を示すブロック図である。なお、第２像振れ補正制御部２０４も２０３と同一の内部構成を有しているため、第２像振れ補正制御部２０４の説明は省略する。

図４において、ＡＤ変換器４０１は、第１振動検出センサ２０１からの振れ情報信号（角速度信号）をデジタル信号に変換する。ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４０２は、ＤＣ成分をカットするカットオフ周波数が変更可能なフィルタである。ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４０３は、角速度信号を角度信号に変換するためのフィルタである。パンニング／チルティング判定部４０４は、第１振動検出センサ２０１による角速度信号及びローパスフィルタ４０３から出力される像振れ補正レンズの角度目標値の情報によりパンニングあるいはチルティング動作を検出する。そして、ＨＰＦ４０２、ＬＰＦ４０３のカットオフ周波数を像振れ補正が効きにくくなるように変更するなどの処理を行う。たとえば、パンニング／チルティング判定部４０４は、パンニングあるいはチルティング動作を検出すると、ＨＰＦ４０２のカットオフ周波数を高くして、像振れ補正の追従性を下げることで像振れ補正が効きにくくする。こうすることでパンニングのようなユーザーの意図的な操作に対して像振れ補正を効きにくくする。

ＡＤ変換器４０１および操作部１１７の情報から画素ずらし設定部２１１で画素ずらしを行うか否かを判定し、画素ずらし制御部２１２へ通知する。画素ずらし設定部２１１の設定方法としては、例えば撮影者が物理的なスイッチ操作により画素ずらしを行うように設定する方法がある。或いは画素ずらしを行うように設定した後に撮像装置内で振動センサ２０１の出力を取得し、この信号が予め決められたある閾値以内に所定時間入った時などの条件により、画素ずらしモードを行うように自動で判定してもよい。自動で画素ずらしモードを判定する利点としては、撮像装置に振動が生じない状態では、画素ずらしを行うには最適な条件となり、撮影者が画素ずらしモードへの切り換えを意識することなく自動で精度よく高精細な画像を撮影できる点にある。撮像装置に振動が生じない状態とは、例えば撮像装置を三脚に取り付けた状態で撮影する場合などが考えられる。

画素ずらし制御部２１２では、制御部１１９から得られた撮影条件情報を用いて画素ずらしのための像振れ補正レンズ指令信号を生成して、ＬＰＦ４０３から出力される像振れ補正のための指令信号と加算して第１レンズ位置制御部２０５へ出力する。

以上のように構成された撮像装置において行われる画素ずらし動作のための像振れ補正レンズ駆動動作について、図５〜５Ｃ、図６Ａ〜６Ｅを参照して説明する。

図５Ａ〜５Ｃは本実施形態の撮像装置において行われる画素ずらし駆動の手順を示すフローチャートである。図６Ａ〜６Ｅは本実施形態の画素ずらし駆動指令値の一例を示す図である。

まず、撮像装置の電源がオンされる（Ｓ１０１）と、操作部１１７に対してユーザによって像振れ補正モードがオンに設定されているか否かを判定する（Ｓ１０２）。その結果、像振れ補正モードがオフに設定されているならば、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では、像振れ補正制御は行わず、像振れ補正レンズが光軸中心位置に固定される。その後ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５へ移行した後、ステップ１０７にてシャッタレリーズボタンの第１スイッチがオンとなるＳＷ１の状態検知を行い、ＳＷ１がオフのときには、ＳＷ１がオンになるまで状態検知の判定を繰り返す。一方、ステップＳ１０７にてＳＷ１がオンとなったならばステップＳ１０８へ進む。ステップＳ１０８では被写体輝度を測定し、ステップＳ１０９にて焦点状態を検出する。ステップＳ１１０にて、所定の露出制御プログラム線図に従って撮像素子の像信号蓄積時間や絞り制御値を演算する。

ステップＳ１１１では、画素ずらし設定部２１１にて画素ずらしモードがＯＮになっているかを判定する。オンになっていれば、ステップＳ１１２で、像信号蓄積時間などを基に画素ずらしのための像振れ補正レンズ駆動振幅、周波数、駆動パターンなどの条件を設定する。

ステップＳ１１３にて画像信号保存数のカウンタＣＮＴを０に初期化した後、ステップＳ１１４にてレリーズボタンＳＷ２の状態検知を行う。そして、ＳＷ２がオフの時には、再度ステップＳ１０８に戻り、各種設定をした後にＳＷ２がオンになるまで動作を繰り返し実行する。ＳＷ２がオンになると、ステップＳ１１５にてステップＳ１１２にてあらかじめ設定された駆動条件（図６Ａ〜６Ｅを用いて後述する）に基づいて像振れ補正レンズを所定量移動させる画素ずらし駆動を開始する。

画素ずらし駆動を実行しながら、ステップＳ１１６にて像振れ補正レンズの位置信号が予め設定された所定値だけずれているかを検出する。所定位置だけずれていない場合にはステップＳ１１５に戻り画素ずらし駆動を続行する。Ｓ１１６にて所定値だけ像振れ補正レンズ位置がずれたのを検出すると、ステップＳ１１７にて撮像素子を駆動し、撮像素子の電荷蓄積、及び蓄積した電荷の転送、読み出し制御を行う。

ステップＳ１１８では、ステップＳ１１７で読み出した画像信号を記憶部１１８に一時記憶する。ステップＳ１１９で、画像信号保存数カウンタＣＮＴに１を加え更新する。ステップＳ１２０ではカウンタＣＮＴが所定枚数に達したか否かを判定する。そしてカウンタＣＮＴが所定値に達していない場合にはステップＳ１１５に戻り画素ずらし制御を続行する。

ステップＳ１２０でカウンタＣＮＴが所定枚数に達したらステップＳ１２１へ移行する。ステップＳ１２１では、画素ずらしで得た複数の画像信号を合成し、１つの高精細画像を作成する。ステップＳ１２２では上記ステップで作成した画像をメモリに保存する。

以上で撮影動作が終了し、ステップＳ１０５へ戻る。ステップＳ１０７でスイッチＳＷ１がオンであれば以降の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ１１１で画素ずらしモードがＯＮでない場合には、ステップＳ１２３に移行する。ステップＳ１２３ではＳＷ２がオンであるかを検出し、ＯＦＦの場合には、ステップＳ１０８へ戻り以降の動作を続行する。ステップＳ１２３でＳＷ２がＯＮの場合には、画素ずらしは行わないので通常通り、ステップＳ１２４で撮像素子を駆動し、撮像素子の電荷蓄積、及び蓄積した電荷の転送、読み出し制御を行う。ステップＳ１２５で画像をメモリに記録して、撮影動作を終了する。

以上が像振れ補正モードがＯＦＦの場合の画素ずらしの動作フローである。

一方で、ステップＳ１０２で像振れ補正モードがＯＮの場合には、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０４では、振動センサ２０１，２０２の像振れ情報を基に像振れ補正制御を行い、ステップＳ１０６に移行する。Ｓ１０６以降の動作はＳ１０５以降の動作とほぼ同じであるため、異なる個所のみ説明する。

ステップＳ１１１にて画素ずらしモードがＯＮの場合に、ステップＳ１１４でスイッチＳＷ２がオンになった場合、像振れ補正のための像振れ補正レンズ駆動と共に、画素ずらしのための像振れ補正レンズ駆動を同時に行う必要がある。そのため、ステップＳ１２７にて図４で示すように像振れ補正のためのＬＰＦ４０３からの信号出力と画素ずらしのための画素ずらし制御部２１２からの信号出力を加算して、像振れ補正レンズターゲット信号として指令する。以上の動作により、像振れ補正がオンの場合であっても、像振れ補正と画素ずらしの両方を同時に実行することが可能になる。

次に図６Ａ〜６Ｅを用いて、本実施形態の画素ずらしのための像振れ補正レンズ駆動方法を説明する。

図６Ａは１画素ずらしのための第１、第２の像振れ補正レンズ駆動指令値の波形と、受光素子に対する画像の移動を示している。まず、画素ずらしを行わない状態で、画像は（１）点に位置した状態で受光素子の電荷蓄積、読み出しがなされる。次いで、第２の像振れ補正制御部２０４からは画素ずらしのための駆動指令は行わない状態で、第１の像振れ補正制御部２０３から画素ずらしのための駆動指令を出力し、像振れ補正レンズの駆動を開始する。駆動指令としては、±２画素相当の振幅の正弦波を出力し、駆動中の第１ホール素子２０９の出力を露光タイミング決定部２１３でモニタする。第１ホール素子２０９の出力が（１）の位置に対して正方向に１画素相当（画素ピッチ）ずれたことを検知すると、露光タイミング決定部２１３により撮像部１０９に対して露光開始の指示が行われ、（２）位置で受光素子の電荷蓄積、および読み出しがなされる。次いで、像振れ補正レンズが移動するに従って、正弦波駆動の（３）の位置、負方向の（４）、（５）の位置に対しても同様に、受光素子の電荷蓄積と読み出しが実行される。

次に、第１の像振れ補正制御部２０３からは画素ずらしのための駆動指令を行わない状態で、第２の像振れ補正制御部２０４から第２の画素ずらし駆動指令が行われる。（２）〜（５）と同様に（６）〜（９）までの位置で受光素子の電荷蓄積、読み出しを行う。そして、（１）〜（９）の位置で撮像した９枚の画像データを合成して、高精細な画像を作成する。

本実施形態では、正弦波に対して（２）と（３）のように同じずれ位置のデータを取得し合成しているが、これらの同じ画素ずれ量の画像データを使用することで画素ずれ量のばらつき等を平均化してばらつきを吸収することを目的としている。しかし、同一の画素ずれ量のデータは、どちらか一方を使用してもよい。以上のように、画素ずらしのための駆動を、実際に行いたい画素ずれ量である１画素に対して２画素と大きく正弦波状に駆動することで、微小駆動時の静止摩擦を動摩擦にすることができ、摩擦負荷による画素ずらしの位置ずれ、駆動遅れを改善することができる。

次に、正弦波駆動の周波数、振幅を露出制御条件の設定で変更する点、正弦波駆動の振幅の頂点で露光する点について、図６Ｂ、６Ｃを用いて説明する。

図６Ｂ、６Ｃは第１或いは、第２の駆動指令のいづれかを示しているが、どちらであっても同様の動作である。図６Ｂは露出制御条件の設定において露光時間が異なる場合の画素ずらし駆動指令の一例を示しており、露光時間が短い場合に比べて、露光時間が長い場合の方が駆動指令の正弦波の周波数を低くすることを表している。こうすることで、露光時間が長い場合に露光中の正弦波駆動によるブレを抑えることができる。つまり、露光時間が長い場合にはできるだけレンズの駆動速度は遅く（露光タイミングでのレンズ駆動の位置変化の傾きを小さく）することで、露光中のブレを低減することができる。また図６Ｃのように、画素ずらしを行いたい画素ずれ量である１画素の振幅で露光時間に応じて駆動周波数を変更し、かつ、像振れ補正レンズの移動速度の変化が０となる正弦波の頂点で露光を行うことで、露光中のブレを更に低減することができる。

図６Ｄは図５ＣのステップＳ１２７で述べた像振れ補正をしながら画素ずらしをする場合の駆動波形の一例を示す図である。このように、像振れ指令信号に対して画素ずらしのための駆動信号を加算して駆動し、目的の画素だけずれた時に露光を行うことで、像振れ補正をしながら画素ずらしを行うことができる。

図６Ｅは第１、第２の駆動指令を同時に行い０．５画素単位で画素ずらしを行う例を示す図である。図６Ｅに示すように、振幅、周波数の異なる第１、第２の駆動指令を行い、露光のタイミングを（１）〜（８）とすることで、０．５画素単位の画素ずらし画像を取得することが可能である。これにより、図６Ａのように、第１、第２の駆動を別々に行う場合に比べて、画素ずらしのための画像取得時間を短縮することができる。

以上の処理により、画素ずらしのための像振れ補正レンズ駆動において、微小駆動における摩擦等の影響で画素ずらし量が目標ずらし量からずれる、或いはずらし量にばらつきが生じてしまうのを防ぎ、また画素ずらしのためのレンズ駆動時間を抑えることができる。これにより、高精細な画像を精度よく撮影することが可能となる。
また、本実施形態においては、像振れ補正部材として像振れ補正レンズを駆動することで画素ずらしを行ったが、像振れ補正部材としての撮像素子を駆動して画素ずらしを行っても良い。

本実施形態の像振れ補正装置として、撮像装置としてのデジタルカメラに供えられている例を説明したが、デジタルビデオカメラであってもよい。またデジタルカメラを始め監視カメラや携帯端末に用いられるレンズ鏡筒などの光学機器でも良い。また、一眼レフ用の交換レンズの像振れ補正装置にも用いることができる。

Claims (6)

1. 撮像装置に搭載される像振れ補正装置であって、
   光軸と異なる方向に移動して撮像面上の像の位置を変更可能な補正部材を撮像素子の画素ピッチよりも大きい振幅の正弦波状の第１の波形により画素ずらし駆動する制御手段と、
   前記撮像素子の露光を制御する露光制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、像振れ補正のために前記補正部材を正弦波状の波形により像振れ補正駆動する第２の波形に対して前記第１の波形を加算し、前記露光制御手段は、前記補正部材の位置を検出する位置検出手段によって検出された前記補正部材の位置が前記画素ピッチ分移動した時に、前記露光を行い、
   前記制御手段は、露光時間が短い場合に比べて、露光時間が長い場合の方が前記第１の波形の正弦波の周波数を低くすることを特徴とする像振れ補正装置。
2. 前記制御手段は、第１の方向と当該第１の方向に直交する第２の方向のそれぞれに対して前記補正部材を駆動するとともに、前記補正部材の前記第１の方向への駆動の後に前記第２の方向への駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
3. 前記制御手段は、前記撮像装置の振れの大きさが所定値よりも小さいときに、前記補正部材を前記画素に応じて所定量移動させながら複数の画像を得るモードに設定することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
4. 前記制御手段は、前記補正部材を正弦波状に駆動させる信号の周波数又は振幅を前記撮像素子の露出制御条件により変更することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
5. 前記補正部材は、振れに基づいて光軸と異なる方向に移動することで撮像面上の像振れを軽減することを特徴とする請求項１に記載の像振れ補正装置。
6. 光軸と異なる方向に移動して撮像面上の像の位置を変更可能な補正部材を備える撮像装置に搭載される像振れ補正装置の制御方法であって、
   前記補正部材の位置を検出する位置検出工程と、
   前記補正部材を撮像素子の画素ピッチよりも大きい振幅の正弦波状の第１の波形により画素ずらし駆動する制御工程と、
   前記撮像素子の露光を制御する露光制御工程と、を備え、
   前記制御工程では、像振れ補正のために前記補正部材を正弦波状の波形により像振れ補正駆動する第２の波形に対して前記第１の波形を加算し、前記露光制御工程では、前記位置検出工程において検出された前記補正部材の位置が前記画素ピッチ分移動した時に、前記露光を行い、
   前記制御工程では、露光時間が短い場合に比べて、露光時間が長い場合の方が前記第１の波形の正弦波の周波数を低くすることを特徴とする像振れ補正装置の制御方法。